[发明专利]基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法

说明书

技术领域

本发明公开了基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法，涉及机械工程 领域中应力测量方法。

背景技术

机械切削加工引起的表面应力特征为分布很浅(一般不会超过0.2mm)，但是在深度方向 上的却有着较高的变化率，且其值很快趋于0。对于其值的精确测量有一定的困难。

针对加工残余应力的主要特点，传统的测量方法主要是用X射线法结合剥层。目前X 射线法其技术已发展较为成熟，且其目前的应用也比较广泛。

机械加工引起的零件表面残余应力的最终形成从逻辑上的先后顺序可以分为以下两个步 骤：1，切削加工过程中由于机械应力、热应力以及相变等诸多因素的共同作用，在零件表面 形成一层未自平衡的残余应力；2，其表面未自平衡的残余应力会得到部分释放，引起整个工 件发生一定程度上的形变，使得原先致密存储于加工表面层的能量会部分转移到零件其他部 位，即使得零件发生了自平衡，形成了自平衡后的残余应力，从而形成了最终的表面加工残 余应力。这里值得强调的是，X射线法测得的应力值是自平衡后的应力值，而并非平衡前的 应力。若使用自平衡后的应力值预测零件的变形，将自平衡后的应力值带入模型中计算时其 应力值会进一步发生自平衡，预测结果会有较大误差

零件的尺寸和形状会严重影响到零件的残余应力的释放程度，同时零件发生的变形程度 也是由残余应力自平衡之前的值所决定的，因此为正确预测零件发生的变形，应该测量残余 应力自平衡之前的值，其可以预测同一加工条件下不同尺寸和形状的另加的变形量，从而可 以预测零件的精度是否满足要求，而以往X射线法测得是应力自平衡之后的值，因此其结果 并不满足要求。更重要的一点是X射线应力仪的价格比较昂贵，目前其普及使用还有一定的 困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供基于应变变化的铣削加工残 余应力未自平衡值的测量方法，通过测量应变的变化，运用逆向思维，由底层的残余应力值 逐步向上反推，最终得到了切削加工引起的未自平衡的表面残余应力值。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法，具体步骤包括：

步骤一、对待测零件进行退火处理以去除零件的内应力；

步骤二、对待测零件进行铣削加工，用化铣液腐蚀加工面进行腐蚀剥层，将加工引起的 残余应力层逐层去除，并实时测量待测零件的应变值；

步骤三、测量待测零件的厚度的变化；

步骤四、重复步骤一至三，直至腐蚀剥层不产生应变值的变化为止，此时，加工引起的 残余应力层被腐蚀去除；

步骤五、由最后一次测量所得的应变值数据，从底层逐步反推上层残余应力值，得出残 余应力自平衡前的残余应力值分布情况。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤五中根据底层的应力值和待测零件的挠度变化 逐步反推上层的残余应力，求解方法的具体步骤为：

(501)设定步骤四中总共进行了N次剥层去除，底层即第N层的残余应力值σ_N为：

σ_N＝-4Δε_NEI_N/bh_NΔh_N(h_N+Δh_N)；

其中，E为待测零件材料弹性模量，h_N为第N次腐蚀后待测零件的剩余厚度，Δε_N为第 N次腐蚀后测得的应变值的变化，I_N为第N此腐蚀后待测零件横截面对中性轴的惯性矩， Δh_N为第N次剥层去除的材料层的厚度，b为待测零件的宽度；

IN=bhN3/12;]]>

(502)倒数第n层的残余应力值表示为：